Kuptimi i Ligjit të Gravitacionit Universal
Falë studimeve të shkencëtarëve, ka qenë e mundur të kuptojmë fenomenet e natyrës dhe të bëjmë përparime teknologjike me kalimin e viteve. Njutoni, bazuar në studimet e Galileos për ligjet që rregullojnë lëvizjen e predhave në Tokë dhe studimet e Kepler për ligjet e lëvizjes së planetëve në sistemin diellor, arrin në përfundimin se forca e nevojshme për të mbajtur një planet në një orbitë varet nga masat dhe distanca e ndarjes. Ligji i gravitacionit universal, botuar në 1687 nga Isaac Newton, na lejon të përcaktojmë forcën me të cilën tërhiqen dy objekte me masë, duke qenë shumë i dobishëm në studimin e orbitave të kometave, zbulimin e planetëve të tjerë, baticat, lëvizja e satelitëve, midis fenomeneve të tjera.
Konceptet themelore për të kuptuar "Ligjin e Gravitacionit Universal"
Ne ju ftojmë të shihni artikullin Ligjet e Njutonit janë të lehta për t’u kuptuar
Forca centripetale:
Forcë që e detyron celularin të përkulë trajektoren e tij duke e bërë atë të përshkruaj një lëvizje rrethore. Forca centripetale vepron në një trup të drejtuar drejt qendrës së shtegut rrethor. Trupi përjeton një përshpejtim centripetal ndërsa shpejtësia, e modulit konstant, ndryshon drejtimin ndërsa lëviz. Shikoni figurën 1.
Forca centripetale mund të llogaritet duke përdorur ligjin e dytë të Njutonit [1], ku nxitimi centripetal mund të shprehet si një funksion i shpejtësisë këndore, shpejtësisë lineare, ose si një funksion i periudhës së trupit në lëvizje rrethore. Shikoni figurën 2.
[emri i adinserter = "Blloku 1]
Ligjet e Kepler
Astronomi Johannes Kepler shpjegoi lëvizjen e planetëve të sistemit diellor, me anë të tre ligjeve: ligji i orbitave, zonave dhe periudhave. [dy]
Ligji i parë i Kepler, ose ligji i orbitave:
të gjithë planetët në sistemin diellor rrotullohen rreth diellit në një orbitë eliptike. Dielli është në njërin nga dy vatrat e elipsës. Shikoni figurën 3.
Ligji i dytë i Kepler, ose ligji i fushave:
Rrezja që bashkon një planet me diellin përshkruan zona të barabarta në kohë të barabarta. Vija (imagjinare) që shkon nga dielli në një planet, fshinë zona të barabarta në kohë të barabarta; që është, shkalla me të cilën zona ndryshon është konstante. Shikoni figurën 4.
Ligji i tretë i Kepler, ose ligji i periudhave:
Për të gjithë planetët, marrëdhënia midis kubit të rrezes së orbitës dhe katrorit të periudhës së tij është konstante. Boshti kryesor i elipsës kubike dhe i ndarë nga periudha (koha për të bërë një revolucion të plotë), është e njëjta konstante për planetët e ndryshëm. Energjia kinetike e një planeti zvogëlohet si anasjelltas e distancës së tij nga dielli. Shikoni figurën 5.
Ligji i Gravitacionit Universal
Ligji i gravitacionit universal, botuar në 1687 nga Isaac Newton, na lejon të përcaktojmë forcën me të cilën tërhiqen dy objekte me masë. Njutoni arriti në përfundimin se:
- Trupat tërhiqen nga fakti i thjeshtë i të pasurit masë.
- Forca e tërheqjes midis trupave vihet re vetëm kur të paktën një nga trupat ndërveprues është jashtëzakonisht i madh, si një planet.
- Ekziston një bashkëveprim në distancë, prandaj nuk është e nevojshme që trupat të jenë në kontakt që të veprojë forca tërheqëse.
- Ndërveprimi gravitacional midis dy trupave gjithmonë shfaqet si një palë forcash të barabarta në drejtim dhe modul, por në drejtim të kundërt.
Deklarata e Ligjit të Gravitacionit Universal
Forca e tërheqjes midis dy masave është drejtpërdrejt proporcionale me prodhimin e masave dhe në përpjesëtim të kundërt me katrorin e distancës që i ndan ato. Forca e tërheqjes ka një drejtim që përkon me vijën që bashkohet me ta [3]. Shikoni figurën 6.
Konstanta e proporcionalitetit G midis madhësive njihet si konstanta universale e gravitacionit. Në sistemin ndërkombëtar është ekuivalente me:
Ushtrimi 1. Përcaktoni forcën me të cilën trupat në figurën 7 tërhiqen në vakum.
Zgjidhje
Në figurën 8 ekzistojnë dy trupa me masa m1 = 1000 kg dhe m2 = 80 kg, të ndara me një distancë prej 2 metrash. Duke zbatuar ligjin universal të gravitacionit, forca e tërheqjes midis tyre mund të përcaktohet, siç tregohet në figurën 8.
Zbritja e Ligjit të Gravitacionit Universal
Duke filluar nga ligji i tretë i Kepler që lidh rrezen me periudhën e një planeti orbitë, nxitimi centripetal i përjetuar nga një planet është në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e rrezes së orbitës së tij. Për të gjetur forcën centripetale që vepron në planet, përdoret ligji i dytë i Njutonit [], duke marrë parasysh përshpejtimin centripetal që përjeton, shprehur si një funksion i periudhës. Shikoni figurën 9.
Vlera e konstantës universale të gravitacionit u përcaktua nga Henry Cavendish shumë vite pasi u vendos ligji i gravitacionit të Njutonit. Konstanta G konsiderohet "universale" pasi vlera e saj është e njëjtë në çdo pjesë të universit të njohur dhe është e pavarur nga mjedisi në të cilin gjenden objektet.
Ushtrimi 2. Përcaktoni masën e planetit Tokë, duke ditur që rrezja është 6380 km
Zgjidhje
Trupat e vendosur në sipërfaqen e tokës tërhiqen drejt qendrës së saj, kjo forcë njihet si pesha e një trupi (forca me të cilën Toka e tërheq). Nga ana tjetër, ligji i dytë i Njutonit mund të zbatohet duke shprehur peshën e trupit si një funksion të gravitetit, kështu që mund të merret masa e Tokës, e njohur rrezja e saj. Shikoni figurën 11.
Zbatimi i ligjit të gravitacionit universal
Ligji i gravitacionit universal është i dobishëm për të shpjeguar orbitën e kometave, zbulimin e planetëve të tjerë, baticat, lëvizjen e satelitëve, ndër fenomenet e tjera.
Ligjet e Njutonit përmbushen saktësisht, kur vërehet se ndonjë yll nuk e përmbush atë është për shkak se një yll tjetër jo i dukshëm shqetëson lëvizjen, kështu që ekzistenca e planetëve është zbuluar nga shqetësimi që ata prodhojnë në orbitat e planetëve të njohur.
Satelitë:
Sateliti është një objekt që orbiton rreth një objekti tjetër me madhësi më të madhe dhe fushë gravitacionale më të madhe, për shembull, ju keni hënën, satelitin natyror të planetit Tokë. Një satelit përjeton një nxitim centripetal sepse i nënshtrohet një force tërheqëse në fushën e gravitacionit.
Ushtrimi 3. Përcaktoni shpejtësinë e një sateliti që rrotullohet rreth tokës në 6870 km nga qendra e tokës. Shikoni figurën 12
Zgjidhje
Satelitët artificialë mbahen në orbitë rreth Tokës për shkak të forcës së tërheqjes që Toka ushtron mbi të. Duke përdorur ligjin universal të gravitacionit dhe ligjin e dytë të Njutonit, shpejtësia e satelitit mund të përcaktohet. Shikoni figurën 13.
KONKLUZIONE
Çdo grimcë materiale tërheq çdo grimcë tjetër materiale me një forcë proporcionale drejtpërdrejt me prodhimin e masave të të dyjave dhe në përpjesëtim të kundërt me katrorin e distancës që i ndan ato.
Ndërveprimi gravitacional midis dy trupave gjithmonë shfaqet si një palë forcash të barabarta në drejtim dhe modul, por në drejtim të kundërt.
Ligji i Njutonit për gravitacionin universal na lejon të përcaktojmë forcën me të cilën tërhiqen dy objekte me masë, duke ditur që forca e tërheqjes midis dy masave është drejtpërdrejt proporcionale me produktin e masave dhe anasjelltas proporcionale me katrorin e distancës që i ndan ato .